巨噬細胞\\( Macrophages,MΦ\\) 是機體抗感染免疫的主要效應細胞,在脊椎動物中 MΦ 來源于兩類造血細胞.一是來源于胚胎期的卵黃囊和胎肝,并進一步發育成組織定居 MΦ;二是來源于骨髓中的單核細胞前體,經血液進入結締組織或器官后進一步分化成組織定居 MΦ 或炎性 MΦ.MΦ 主要的生理功能是發揮吞噬功能,但在感染或組織受損時可激發炎癥反應和進一步的免疫應答,參與組織穩態的維持.因而,深入研究 MΦ 發育和功能的調控,對于進一步闡明穩態維持和免疫應答的發生機制,以及多種疾病的臨床治療都具有重要的意義.本文擬從 MΦ 的類型,激活方式和 Notch 調控 MΦ激活的分子機制三個方面進行綜述.

1 、MΦ 類型

MΦ 是在表型和功能上高度異質的細胞亞群.基于其解剖位置和功能表型可分為靜息狀態下執行吞噬功能的組織定居 MΦ\\( tissue-resident macrophage\\) 和炎癥刺激下參與免疫應答 的 骨 髓 單 核 細 胞 來 源 的 炎 性 MΦ \\( inflammatorymacrophage\\) .組織定居 MΦ 可來自哺乳動物胚胎期原始造血.Schulz 等[1]的研究表明,來自胚胎期卵黃囊的 MΦ 受轉錄因子 PU. 1 的調控; 而在成年個體,位于骨髓的造血干細胞\\( hematopoietic stem cells, HSC\\) 經 過 共 同 髓 樣 祖 細 胞\\( common myeloid progenitor,CMP\\) 、粒細胞/單核細胞祖細胞\\( granulocyte-monocyte progenitor,GMP\\) 和 MΦ/DC 祖 細 胞\\( macrophage-dendritic cell progenitor,MDP\\) 等階段,產生單核細胞\\( monocyte\\) 進入外周血.進入血液的單核細胞在幾天內可通過循環進入各種組織并分化為組織定居 MΦ 如 Kupffer細胞、小膠質細胞、肺泡 MΦ、破骨細胞等[2].然而,就組織定居 MΦ 的來源問題,Hashimoto 等[3]和 Yona 等[4]的研究均顯示,在成體靜息狀態下,組織定居 MΦ 主要來自局部的自我更新和維持,而較少地來自循環的單核細胞.炎性 MΦ 主要來自單核前體細胞,是當組織發生炎癥、壞死等損傷時,骨髓來源的單核前體細胞在趨化因子的作用下進入損傷部位而形成[5].然而 Jenkins 等[6]對炎性 MΦ 的來源提出了挑戰,他們認為在絲狀線蟲\\( Litomosoides Sigmodonitis\\) 誘導的 IL-4驅動下的 Th2 型炎癥反應中,炎性 MΦ 的聚集,不是來自于血液中具有潛在組織破壞能力的單核細胞,而是由組織定居MΦ 經歷了快速的原位增殖而產生.目前關于炎性 MΦ 的來源問題已成為熱點爭議問題.

2 、MΦ 激活方式.

炎性 MΦ 的產生,是 MΦ 激活的表現形式,也是機體抵抗病原體入侵和重構組織穩態的一種免疫應答方式.在組織微環境中,MΦ 的激活受到多種因素的影響,包括病原體的入侵、體內壞死細胞、細胞碎片以及一系列細胞因子等的刺激,從而導致 MΦ 在吞噬能力、細胞因子及趨化因子的分泌能力、抗腫瘤抗病原體能力、對趨化因子做出應答以及對抗原的加工遞呈能力等方面發生明顯變化,這種過程即為 MΦ的激活.

不同的微環境使存在其中的 MΦ 產生不同形式的激活,經過激活的 MΦ 可以行使特定的功能.MΦ 主要有以下兩種激活方式: 經典激活的 MΦ\\( classically activated macrophage,M1\\) 和替代激活的 MΦ \\( alternatively activated macrophage,M2\\) .M1 型 MΦ 是由 Th1 細胞和 NK 細胞等免疫細胞產生的抗 炎 因 子 γ-干 擾 素 \\( interferon-γ, IFN-γ \\) 和 脂 多 糖\\( lipopolysaccharide,LPS\\) 、腫瘤壞死因子-α \\( tumor necrosisfactor-alpha,TNF-α\\) 、粒細胞-MΦ 集落刺激因子\\( granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF\\) 等誘導 MΦ 形成的,在不同的組織中以不同的形態存在,但都具有以下共同特點: 可分泌大量促炎性細胞因子,如白介素家族分子IL-1β,IL-15,IL-18,IL-12 和 IL-6 以及 TNF-α; 可分泌趨化因子配體\\( chemokine 1igand,CL\\) ,如 CC 型的 CCL15,CCL20 和CX 型的 CXCL13; 可分泌具有抑制血管生成作用的趨化因子配體,如 CXCL10 和 CXCL11.這些炎性介質的釋放,促進了機體有效清除異己成分.在功能上,M1 型 MΦ 具有很強的內吞作用,自身抗原呈遞能力上升,可通過多種機制對侵入細胞內的病原體進行殺傷,比如限制微生物可利用的鐵元素等營養物質,酸化吞噬小體,合成活性氧中間體\\( reactive oxygenintermediates,ROI\\) ,以及通過表達誘導型一氧化氮合酶\\( inducible nitric oxide synthase,iNOS\\) 來釋放 NO.M2 型細胞則是由 IL-4 和 IL-13 誘導 MΦ 形成的[7].此外,轉化生長因子-β\\( transforming growth factor-β,TGF-β\\) 家族的一些成員、本丙酸諾龍 A 和 IL-21 最近也被證實可以誘導 M2 型 MΦ 激活[8 -9].有趣的是,趨化因子受體 CCR4 也在 MΦ 向 M2 極化中起重要作用,提示 CCR4 在促進 MΦ 遷移的同時誘導其發生 M2 極化[10].值得注意的是,M2 型 MΦ 激活不是單一形式的 MΦ 激活,如 IL-4 和 IL-13 誘導了 M2a 型 MΦ 的激活、免疫復合物\\( poly: I-C\\) 誘導了 M2b 型 MΦ 的激活以及 IL-10和糖皮質激素誘導了 M2c 型 MΦ 激活[11] .

因此,鑒于 MΦ 不同的激活形式,Mosser 等[12]提出按功能將活化的 MΦ 劃分為 3 個基本亞群,一是經典活化的 MΦ,與 M1 型 MΦ 相對應; 二是創傷愈合 MΦ,與 M2a 型 MΦ 相對應,可以產生膠原,促進創傷愈合和組織修復; 三是調節性MΦ,不能夠產生膠原,包括 M2b 型和 M2c 型 MΦ,以及多種其他刺激活化的 MΦ.

3、 Notch 信號調控 MΦ 激活的分子機制.

3. 1 Notch 信號 Notch 受體在進化中結構保守,在細胞間的信號傳遞和決定細胞命運方面有著重要意義.在哺乳動物體內,已發現的 Notch 受體有4 類: Notch1、Notch2、Notch3 和Notch4.Notch 受體是一種 I 型單次跨膜蛋白,結構上分為胞外區、跨膜區和胞內區.Notch1 和 2 型受體的胞外區含有約36 個表皮生長因子樣重復序列,一個二聚體結構域以及 3 個Lin /Notch 重復序列 \\( Lin / Notch repeats,LNR \\) 結構域,而Notch3 型和 4 型的胞外區表皮生長因子樣重復序列稍短一些,分別為 34 和 29 個; 胞內區由 RBP-Jκ 相關分子結構域\\( RBP-Jκ-associated molecule region,RAM\\) ,CDC10/ankyrin 重復序列,轉錄激活結構域以及1 個由脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸和蘇氨酸形成的 PEST 結構域組成\\( Notch4 有所不同,缺失一段轉錄激活結構域\\)[13].Notch 受體可通過胞外區與相鄰細胞上同樣是 I 型跨膜蛋白的配體相互作用,對細胞的分化產生影響.Notch 的配體有 Delta\\( Delta1、Delta 3、Delta 4\\) 和Jagged \\( Jagged1 和 Jagged2\\) .通過配體和受體的相互作用,Notch 受體的胞內結構域被 γ-分泌酶水解為 2 段,釋放出Notch 胞內段\\( Notch intracellular domain,NICD\\) .因為 NICD上有一段核定位信號,可介導 NICD 進入核內.之后,通過RAM 結構域,NICD 與轉錄因子 CSL[CBF / Su\\( H\\) / LAG-1\\( 在哺乳動物中為 CBF1/RBP-J; 在果蠅中為 Su\\( H\\) ; 在昆蟲中為LAG-1\\) ]作用,激活原本處于抑制狀態的靶基因.以哺乳動物為例,在 NICD 缺失的情況下,RBP-J 蛋白募集了起到抑制作用的組蛋白去乙?；竆\( histone deacetylase,HDAC\\) 和共抑制復合物\\( corepressor,CoR\\) ,并結合在靶基因的調控區,抑制靶基因的表達; 在 NCID 存在的情況下,RBP-J 蛋白與HDAC 和 CoR 解離,與 NICD 相結合并募集對靶基因表達有激活作用的復合物,如智者樣基因 1 \\( mastermind-like-1,MAML1\\) 和 組 蛋 白 乙 酰 轉 移 酶 \\( histone acetyltransferase,HAT\\) ,從而促進下游靶分子的表達.靶分子包括: 生毛蛋白斷裂增強子 1\\( hairy enhancer of split 1,HES1\\) 、HEY1\\( hairy/enhancer-of-Split related with YRPW motif 1\\) 、白介素 2 受體 α 鏈\\( interleukin 2 receptor α,IL2Rα\\) 、白介素 7 受體\\( interleukin 7receptor,IL-7R\\) 、ATF 樣的堿性亮氨酸拉鏈轉錄因子 \\( ATF-like basic leucine zipper transcription factor,BATF\\) 和髓細胞組織增生致癌基因\\( myelocytomatosis oncogene,MYC\\)[14].但在這些靶分子中除了 HES1 和 HEY1 主要是通過 Notch 信號通路所調節的外,IL2RA、IL7R、BATF 和 MYC 也可被其他信號通路所激活[15] .盡管 RBP-J 在 Notch 信號通路中發揮重要作用,但是,Martinez 等[16] 的研究表明,Notch 信號通路也可獨立于 RBP-J 發揮作用,而且 RBP-J 也可被其他替代的信號途徑所激活.

3. 2 Notch 信號與 MΦ Notch 信號通路具有調控造血干細胞的自我更新、分化以及決定其后代細胞命運的功能.四種Notch 受體在造血細胞上都有表達.研究表明,Notch1 在胸腺細胞、MΦ 以及骨髓中的前體細胞中有表達; Notch2 在胸腺細胞、B 淋巴細胞以及前體細胞中表達; Notch3 在許多不同種類的造血細胞中都有表達; Notch4 主要存在于內皮細胞,同時在 MΦ 和單核細胞中也有表達,但在 MΦ 中表達水平較低.另外,在未成熟的造血細胞中,Notch1 和 2 的表達水平很低; 而在髓樣細胞系中,兩種受體的表達水平很高[17]; 在免疫細胞上不僅可表達 Notch 受體,Yamaguchi 等[18]的研究表明,在 MΦ、單核細胞以及脾臟來源 DC 細胞上還可以檢測到 Notch 配體如 Delta1 或者 Jagged1,同時腹膜腔和脾臟的MΦ 所表達的 Notch 配體也有很大的差異.此外,Nomaguchi等[19]的研究表明,受到 MΦ 集落刺激因子\\( macrophage colonystimulating factor, M-CSF\\) 、 粒 細 胞-MΦ 集 落 刺 激 因 子\\( granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF\\) 以及IL-3作用的 MΦ 傾向于高表達 Jagged1.而這種激活作用可能與 NF-κB 的激活作用有關.這一研究為在不同類型的 MΦ中,Notch 配體的表達有所不同提供了有力的支持.

3. 3 Notch 信號調控 MΦ 激活的分子機制 目前的研究提示,Notch 信號途徑可調控體內多種免疫細胞發育和功能,如在 T/B 淋巴細胞的發育方向上的選擇等,但對 MΦ 發育和功能的調控作用尚無明確定論.Schroeder 等[20]發現,Notch 通路活化可以上調轉錄因子PU. 1 的表達,從而促進 MΦ 等多種髓系細胞的分化.PU. 1是調控髓系發育的關鍵轉錄因子,在髓系祖細胞向粒細胞和單核細胞分化方向選擇以及單核細胞向 MΦ 和樹突細胞分化方向選擇中都發揮重要作用.而且 PU. 1 和肌腱膜纖維肉瘤癌基因家族 B 蛋白\\( musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogenefamily protein B,MafB\\) 之間的平衡對于單核細胞分化的方向也具有重要意義.研究表明,適度表達 PU. 1 可誘導單核細胞向 MΦ 方向分化[21] .此外,Notch 信號通路對調控破骨細胞的發育也有重要意義.破骨細胞是貯留在骨組織的 MΦ,小鼠骨髓剔除 Notch1-3 后,破骨細胞生成增多,通過 Jagged1活化 Notch 通路后,小鼠骨髓細胞向破骨細胞分化減少,說明Notch 信號途徑通過抑制破骨細胞的發育從而抑制骨質的溶解[22].上述的研究結果都表明 Notch 信號通路可能調控 MΦ的發育.

Notch 信號也參與 MΦ 免疫功能的調控.有研究發現,在小鼠 MΦ 系 Raw264. 7 細胞中過表達 Notch1 受體可增強 IFN-γ 誘導的 STAT1 依賴的轉錄,上調 IFN-γ 調控因子,抑制細胞間黏附分子 1\\( intercellular adhesion molecule 1,ICAM1\\) 和主要組織相容性復合體Ⅱ\\( major histocompatibility complexclass Ⅱ,MHC-Ⅱ\\) 分子的表達,繼而調控與抗原遞呈和殺傷相關基因的表達[23].除了 Notch 受體,不同的 Notch 配體也對 MΦ 功能具有調控作用,Fung 等[24]

發現在 LPS 通過 TLR誘導人 MΦ 活化過程中,Notch 配體 Dll-4 表達顯著增高,但Notch 受體沒有受到影響,應用 Dll-4 活化人 MΦ 的 Notch 信號通路可以上調 iNOS 等促炎基因的表達.此外,研究表明配體 Dll-4 可顯著活化 MΦ 中 Notch 信號和 NF-κB 通路表達[25].

Hu 等[15]研究表明,在 MΦ 功能的調控中,Notch 通路與TLR 通路之間存在協同作用,而 Notch 信號通路在其中發揮的最終效應取決于通過 RBP-J 的直接作用和通過 HES1、HEY1 的負反饋作用兩者之間的力量平衡.IRF 家族的成員對于 MΦ 極化具有轉錄調節作用.在對于 Toll 樣受體\\( Toll-like receptors,TLR\\) 通路刺激的應答中,干擾素調節因子 8\\( interferon regulatory factor 8,IRF8\\) 由 IFN-γ 誘導產生,并可誘導產生多種細胞因子,包括 IFN-β、IL-12p40、IL-12p35 以及 iNOS.Xu 等[26]研究發現,Notch-RBP-J 信號通路和 TLR信號通路可通過 IRF8 蛋白協調作用,進而誘導 MΦ 向 M1 方向極化.IRF8 是 Notch-RBP-J 信號通路的下游分子,RBP-J可通過激活 MNK1 激酶而選擇性地調節 TLR4 信號通路,進而誘導 M1 型細胞相關基因的表達,包括 IL-12p40、IL-12β 和NOS2.

我們研究組近期的研究發現,Notch 信號途徑在實體瘤中可以決定 MΦ 的 M1/M2 激活模式,而且 Notch 信號對 MΦ激活 模 式 的 調 控 可 能 是 通 過 細 胞 因 子 信 號 抑 制 物 3\\( suppressor of cytokine signaling,SOCS3\\) 實現的.這與 Liu等[27] 關于 SOCS3 的表達對于 M1 型 MΦ 的激活具有重要意義的研究相一致.同時 Palaga 等[28]也發現,用 GSI 處理 MΦ,阻斷Notch 信號通路,會使 M1 型 MΦ 相關因子表達降低,NO的產生趨于減弱,MHC-Ⅱ的表達趨于上調.Liu 等[29]的研究表明,Notch 信號可能通過某種表觀遺傳學機制參與 M1 型MΦ 的形成.然而同期,Zhang 等[30]在系統性紅斑狼瘡中發現Notch1通過調控 MΦ 向 M2b 的極化而參與其病理進程,與上述研究不一致.可能提示,在不同的病理環境下,Notch 可能調控 MΦ 不同的活化狀態.

4 、展望.

綜上所述,MΦ 一類具有高度異質性的固有免疫細胞,在不同的刺激物存在下表現出不同的激活方式.Notch 信號可以通過調控 MΦ 的不同激活模式參與炎癥甚至實體瘤的發生,目前已知的調控分子機制如圖 1 所示.因而,隨著對Notch 信號途徑在炎癥和腫瘤中對 MΦ 的調控作用及其分子機制深入研究,必將為開發針對炎癥治療的藥物提供新思路和新靶點.

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